KR101982861B1 - 차량의 범퍼 완충구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 범퍼 완충구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차체의 하부 양측에 차체의 전후방향으로 장착되는 프런트사이드멤버, 상기 프런트사이드멤버의 전방에 차체의 차폭방향으로 배치되는 범퍼레일, 상기 프런트사이드멤버 각각과 범퍼레일 사이에 결합되며 범퍼레일에서 전달되는 충격을 완화시키기 위한 쇽업소버, 상기 쇽업소버의 내부에 차체의 전후방향으로 형성되어 있는 피스톤 로드, 상기 피스톤 로드의 일단에 결합되는 피스톤 헤드, 상기 피스톤 헤드를 차체의 전후방향으로 관통하여 형성되는 다수의 오리피스 홀 및 상기 오리피스 홀에 인접한 위치에서 피스톤 헤드 상에 결합되어 각각의 오리피스 홀의 크기를 가변 가능한 오리피스 날개를 포함하는 것을 특징으로 하여, 각 충돌 상황별로 댐핑값을 변화시켜 요구되는 성능을 충족시킬 수 있는 차량의 범퍼 완충구조에 관한 것이다.

Description

차량의 범퍼 완충구조{Structure for absorbing shock of vehicle bumper}

본 발명은 차량의 범퍼 완충구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오리피스 홀의 일부를 개폐할 수 있도록 오리피스 날개 및 날개 돌기를 형성하여 차량의 충돌 속도에 따라 쇽업소버의 댐핑력이 가변되도록 하는 차량의 범퍼 완충구조에 관한 것이다.

차량의 범퍼는 외부 충격으로부터 차체를 보호하기 위하여 차체 전방으로 장착되는 보호장치로써, 금속제로 제조되어 소정의 강성을 갖도록 제조된 범퍼레일과 상기 범퍼레일의 전방에 배치되어 충격을 흡수하도록 우레탄 소재 등으로 제조되는 에너지 업소버(energy absorber) 및 상기 에너지 업소버 전방에 장착되는 범퍼커버를 포함하여 구성되며, 상기 범퍼레일은 중앙에 라디에이터가 장착되는 프런트엔드모듈(FEM: Front End Module)의 양측으로 배치된 프런트사이드멤버에 (크러쉬박스라고도 불리는) 범퍼 스테이를 통해 연결된다.

상기의 범퍼는 차량의 종류에 따라 다양하게 제조되나, 승용차량에 있어서 범퍼는 승객 상해치 및 주요 부품의 파손 최소화를 목표로 충돌에너지를 더 효율적으로 흡수할 수 있도록 개발되어 왔다.

한편, 최근에는 보행자 충돌 시 보행자를 보호하며 차량으로 전달되는 충격량을 보다 적극적으로 완충시키기 위하여 범퍼레일과 프런트사이드멤버 사이에 쇽업소버가 선택적으로 장착되기도 한다.

상기 쇽업소버는 공기 또는 오일의 점성을 이용하여 충격량을 감쇄시키도록 구성되어 보행자 및 차량 탑승자의 상해치를 낮추는데 효과적이나, 차량의 충돌 속도에 상관없이 항상 일정한 댐핑력이 발생하도록 구성되어 차량의 저속 충돌시와 고속 충돌시 모두의 충격량에 알맞게 충격량을 감쇄시킬 수 없다는 문제점이 있다.

즉, 저속 충돌시에는 댐핑력을 줄여 스트로크 양을 늘리면서 에너지를 흡수하고, 고속 충돌시에는 댐핑령을 증대시켜 흡수할 수 있는 에너지량을 늘려야 함에도 종래 차량의 범퍼 완충구조는 쇽업소버의 댐핑값이 항상 고정되어 있다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 오리피스 홀의 크기를 차량의 충돌 속도에 따라 가변시킬 수 있는 오리피스 날개 및 쇽업소버 복원시 오리피스 홀의 크기를 최대화 할 수 있는 날개 돌기를 형성하여 각 충돌 상황별로 댐핑값을 변화시켜 요구되는 성능을 충족시킬 수 있는 차량의 범퍼 완충구조를 제공하고자 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차체의 하부 양측에 차체의 전후방향으로 장착되는 프런트사이드멤버, 상기 프런트사이드멤버의 전방에 차체의 차폭방향으로 배치되는 범퍼레일, 상기 프런트사이드멤버 각각과 범퍼레일 사이에 결합되며 범퍼레일에서 전달되는 충격을 완화시키기 위한 쇽업소버, 상기 쇽업소버의 내부에 차체의 전후방향으로 형성되어 있는 피스톤 로드, 상기 피스톤 로드의 일단에 결합되는 피스톤 헤드, 상기 피스톤 헤드를 차체의 전후방향으로 관통하여 형성되는 다수의 오리피스 홀 및 상기 오리피스 홀에 인접한 위치에서 피스톤 헤드 상에 결합되어 각각의 오리피스 홀의 크기를 가변 가능한 오리피스 날개를 포함하여, 차량의 충돌 속도에 따라 쇽업소버의 댐핑력이 가변되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쇽업소버는, 상기 프런트사이드멤버 내부에 수용되어 결합되는 외측 실린더 및 상기 범퍼레일의 후방에 연결되고, 상기 외측 실린더 내부에 활주 가능하도록 수용되며, 내부에 유체가 봉입된 내측 실린더를 더 포함하고, 상기 외측 실린더의 내부에 고정 결합되며, 상기 내측 실린더를 차체의 전후방향으로 관통하는 피스톤 로드, 상기 내측 실린더의 내주면에 접하도록 형성되는 피스톤 헤드, 상기 피스톤 헤드의 중심으로부터 외측 방향에 위치하는 오리피스 홀 및 각각의 상기 오리피스 홀 일부를 개폐 가능하도록 차체의 전후방향을 따라 왕복운동 하는 오리피스 날개를 포함하여, 차량의 충돌 속도에 따라 상기 오리피스 홀의 크기가 가변되어 쇽업소버의 댐핑력이 가변되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 오리피스 날개는, 탄성력을 가진 소재로 구성되어 차체의 전후방향으로 가해지는 내측 실린더 내부의 유체 압력이 오리피스 날개의 탄성력을 넘어서는 경우 차체의 전후방향으로 왕복운동 하며, 오리피스 날개에 가해지는 유체의 압력이 없을 때에도 오리피스 홀이 완전히 폐쇄되지 않도록 차체의 후방으로 만곡되는 면을 형성하는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명에 따른 차량의 범퍼 완충구조는 상기 오리피스 날개의 피스톤 헤드 방향 면 상에서 차체의 전방으로 돌출되어 형성되는 날개 돌기를 더 포함하여 상기 쇽업소버가 차량 충돌 후 초기 상태로 복원될 때 날개 돌기에 유체의 압력이 가해지는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 쇽업소버에 오리피스 홀의 일부를 개폐 가능하도록 차체의 전후방향을 따라 왕복운동 하는 오리피스 날개를 구비하여 차량의 저속 충돌시에는 피스톤 로드의 스트로크 양을 늘려 에너지를 흡수하고, 차량의 고속 충돌시에는 댐핑력을 증대시켜 흡수할 수 있는 에너지량을 늘리는 것이다.

즉, 차량의 다양한 충돌 속도에 따라 오리피스 홀의 크기가 가변되어 쇽업소버의 댐핑력이 가변되고, 이에 따라 각 충돌 상황별로 차량 범퍼 완충구조의 특성을 변화시켜 요구되는 성능을 충족시키는 효과가 발생한다.

또한, 오리피스 날개는 탄성력을 가진 소재로 구성되며 차체의 후방으로 만곡되는 면을 형성함으로써, 차량의 충돌 속도에 따른 유체의 압력에 유연하게 대응하고, 오리피스 날개에 가해지는 유체의 압력이 없을 때에도 오리피스 홀이 완전히 폐쇄되지 않아 소정의 댐핑값을 가지도록 하는 효과가 있다.

또한, 오리피스 날개에는 차체의 전방으로 돌출된 날개 돌기가 형성되어 내측 실린더가 복원될 때 날개 돌기에 유체의 압력이 가해짐으로써, 오리피스 홀의 크기를 빠르게 최대화하여 쇽업소버가 빠르게 원상태로 돌아오도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일시예에 따른 차량의 범퍼 완충구조의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A' 선에 따른 단면도.
도 3은 도 2의 B부분의 확대도.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 범퍼 완충구조에서 차량의 저속 충돌시 모습을 도시한 단면도.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 범퍼 완충구조에서 차량의 고속 충돌시 모습을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 범퍼 완충구조에서 쇽업소버가 복원되는 모습을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 범퍼 완충구조에서 차량의 충돌 속도에 따른 쇽업소버의 댐핑력을 나타낸 도표.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 차량의 범퍼 완충구조는, 차체의 하부 양측에 차체의 전후방향으로 장착되는 프런트사이드멤버(10), 상기 프런트사이드멤버(10)의 전방에 차체의 차폭방향으로 배치되는 범퍼레일(20) 및 상기 프런트사이드멤버(10) 각각과 범퍼레일(20) 사이에 결합되며 범퍼레일(20)에서 전달되는 충격을 완화시키기 위한 쇽업소버(30)를 포함하며, 상기 쇽업소버(30)는, 상기 프런트사이드멤버(10) 내부에 수용되어 결합되는 외측 실린더(32), 상기 범퍼레일(20)의 후방에 연결되고, 상기 외측 실린더(32) 내부에 활주 가능하도록 수용되며, 내부에 유체가 봉입된 내측 실린더(33), 일단이 상기 외측 실린더(32)의 내부에 고정 결합되며, 상기 내측 실린더(33)를 차체의 전후방향으로 관통하는 피스톤 로드(34), 상기 피스톤 로드(34)의 타단에 결합되며, 내측 실린더(33)의 내주면에 접하도록 형성되는 피스톤 헤드(35), 상기 피스톤 헤드(35)의 원주를 따라 피스톤 헤드(35)를 차체의 전후방향으로 관통하여 형성되는 다수의 오리피스 홀(40) 및 상기 오리피스 홀(40)에 인접한 위치에서 피스톤 헤드(35) 상에 결합되고, 각각의 오리피스 홀(40) 일부를 개폐 가능하도록 차체의 전후방향을 따라 왕복운동 하는 오리피스 날개(42)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 프런트사이드멤버(10)는 차체의 하부 양측에 차체의 전후방향으로 장착되고 그 내부는 쇽업소버(30)를 수용할 수 있도록 공간이 형성되어 있다.

또한, 상기 프런트사이드멤버(10)의 전방 끝단에는 플랜지(12)가 형성되어 있으며, 상기 플랜지(12)는 쇽업소버(30) 외부의 쇽업소버 플랜지(31)와 용접 결합되어 쇽업소버(30)의 외측 실린더(32)를 고정 지지한다.

상기 프런트사이드멤버(10)의 전방에는 차체의 차폭방향으로 범퍼레일(20)이 배치되어 있으며, 상기 범퍼레일(20)은 통상적인 차량에 장착되는 범퍼레일과 같이 호형(弧形)으로 형성된다.

상기 프런트사이드멤버(10) 각각과 범퍼레일(20) 사이에는 차량의 충돌시 범퍼레일(20)을 통해 전달되는 충격을 완화시켜주는 쇽업소버(30)가 장착되고, 상기 쇽업소버(30)는 전술한 바와 같이, 외측 실린더(32) 외부에 쇽업소버 플랜지(31)를 구비하여 프런트사이드멤버(10)의 플랜지(12)에 용접 결합된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 쇽업소버(30)는 프런트사이드멤버(10) 내부에 수용되어 결합되는 외측 실린더(32) 및 범퍼레일(20)의 후방에 결합되고 외측 실린더(32)의 내부에 활주 가능하도록 수용되는 내측 실린더(33)로 구성된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 쇽업소버(30)는 내측 실린더(33) 내부에 점성을 가지는 오일이 작동 유체로써 충진되고 외측 실린더(32)의 내부에는 가스가 충진되는 유압식 쇽업소버로 구성된다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 상기 외측 실린더(32) 및 내측 실린더(33)는 내부가 비어있는 원통 실린더로 구성되나, 쇽업소버의 용도, 댐핑 조건 및 차량의 범퍼 완충구조의 형태 변경 등에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 외측 실린더(32)의 내부에는, 일단이 외측 실린더(32)에 고정 결합되고 타단은 내측 실린더(33)의 내주면에 접하는 피스톤 헤드(35)가 결합되는 피스톤 로드(34)가 형성된다.

상기 피스톤 로드(34)는 내측 실린더(33)를 차체의 전후방향으로 관통하며 고정되어 있으며, 차량이 충돌하면 범퍼레일(20)에 충격이 전해지고 범퍼레일(20)이 후방으로 밀리면서 내측 실린더(33)도 후방으로 밀리는 반면, 피스톤 헤드(35)가 결합된 피스톤 로드(34)는 고정되어 있어 상대적인 유압의 차이에 따라 상기 쇽업소버(30)에 완충력이 생긴다.

도시된 실시예에서는 상기 피스톤 로드(34)가 고정 결합되어 있고 내측 실린더(33)가 차체의 전후방향으로 이동되고 있으나 그 반대의 경우, 즉 상기 피스톤 로드(34)가 범퍼레일(20) 후방에 결합되어 차체의 전후방향으로 이동될 수도 있으며, 쇽업소버(30)의 실린더 구성 또한 외측 실린더(32)와 내측 실린더(33)의 구분없이 하나의 실린더로 구성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤 헤드(35)에는 피스톤 헤드(35)의 원주를 따라 피스톤 헤드(35)를 차체의 전후방향으로 관통하여 형성되는 다수의 오리피스 홀(40)이 형성되어 있다.

상기 오리피스 홀(40)을 통해 쇽업소버(30) 내부의 유체가 이동되고, 오리피스 홀(40)의 크기가 작아지면 유체의 이동량도 적어져 쇽업소버(30)의 댐핑력이 증대되고 오리피스 홀(40)의 크기가 커지면 유체의 이동량도 많아져 쇽업소버(30)의 댐핑력은 감소된다.

상기 오리피스 홀(40)은 피스톤 헤드(35)의 중심을 기준으로 방사상으로 서로 이격되어 대칭적으로 형성되어 있으며, 이에 따라 쇽업소버(30)가 전후로 이동되어도 피스톤 헤드(35)의 균형이 유지된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤 헤드(35)에는 오리피스 홀(40)에 인접하여 오리피스 날개(42)가 결합되고, 상기 오리피스 날개(42)는 각각의 오리피스 홀(40) 일부를 개폐 가능하도록 결합된다.

상기 피스톤 헤드(35)와 오리피스 날개(42)의 결합부(43)는 상기 오리피스 날개(42)를 탄성 지지하는 상태로 피스톤 헤드(35)에 부착되어 있으며, 범퍼레일(20)을 통해 전달되는 충돌량에 따라 오리피스 날개(42)가 전후방향으로 왕복이동 된다.

즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 차량이 저속으로 충돌하면 상기 오리피스 날개(42)에 작용하는 유체의 압력은 낮게 형성되고 오리피스 날개(42)는 차량의 전방으로 조금만 이동되며 오리피스 홀(40)은 크게 형성되어 전체적으로 쇽업소버(30)의 댐핑력이 작아지게 된다.

또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 차량이 고속으로 충돌하면 상기 오리피스 날개(42)에 작용하는 유체의 압력은 높게 형성되고 오리피스 날개(42)는 차량의 전방으로 많이 이동되며 오리피스 홀(40)은 상대적으로 작게 형성되어 전체적으로 유체의 이동이 줄어들고 쇽업소버(30)의 댐핑력은 커지게 된다.

바람직한 실시예에서 상기 오리피스 날개(42)는, 탄성력을 가진 소재로 구성되어 탄성력에 따라 초기 위치로 돌아오려는 복원력이 형성되며, 탄성력을 이겨내는 유체 압력이 가해질 때만 차체의 전후방향으로 이동한다.

또한, 상기 오리피스 날개(42)에 가해지는 유체의 압력이 없을 때에도 오리피스 홀(40)이 완전히 폐쇄되지 않도록 오리피스 날개(42)는 차체의 후방으로 만곡되는 면을 형성하여 차량의 주행시나 평상시에도 유체가 자유롭게 유동하도록 한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 오리피스 날개(42)는 평상시에 차체의 후방으로 만곡되는 위치에서 초기 위치를 가지고 오리피스 날개(42)에 탄성력을 이겨내는 유체 압력이 가해질 때만 차체의 전후방향으로 이동한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 오리피스 날개(42)의 전방면에는 날개 돌기(44)가 차체의 전방으로 돌출 형성되어 차량의 충돌이 끝나고 내측 실린더(33)가 본래 위치로 복원될 때 유체의 압력이 가해지게 된다.

상기와 같이 유체의 압력이 상기 날개 돌기(44)에 가해짐으로써, 오리피스 날개(42)는 빠르게 열리게 되고 오리피스 홀(40)을 통해 많은 양의 유체가 이동되어 쇽업소버(30)가 빠르게 원상태로 돌아올 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 상기 날개 돌기(44)는 오리피스 날개(42)가 피스톤 헤드(35)에 의해 지지될 수 있도록 오리피스 홀(40)으로부터 일정거리 이격하여 오리피스 홀(40) 외부에 배치되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 날개 돌기(44)는 피스톤 헤드(35)의 외주면과 오리피스 홀(40) 사이 및 피스톤 헤드(35)의 중심과 오리피스 홀(40) 사이에 배치되어 오리피스 날개(42)에 유체 압력이 가해지지 않을 때에도 오리피스 날개(42)가 피스톤 헤드(35)와 소정의 각도를 이루며 오리피스 홀(40)이 항상 일부는 열려있도록 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 상기 오리피스 날개(42)는 만곡되어 있어 오리피스 홀(40)이 완전히 폐쇄되지 않도록 하고 있으나 오리피스 날개(42)의 탄성력이 감소되어 만곡되는 정도가 줄어드는 경우를 대비하여, 날개 돌기(44)의 위치를 한정함으로써 2차적으로 오리피스 홀(40)이 완전히 폐쇄되지 않도록 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 범퍼 완충구조는 댐핑력이 가변하는 쇽업소버(30)로 구성됨으로써 저속 영역에서는 오리피스 홀(40)의 사이즈가 증대되어 댐핑력이 감소되고, 고속 영역에서는 오리피스 홀(40)의 사이즈가 감소되어 댐핑력이 증가한다.

즉, 본 발명에 따른 차량의 범퍼 완충구조에서 상기 쇽업소버(30)의 댐핑력은 종래의 쇽업소버와 달리 고정되어 있지않고, 이와 같이 쇽업소버(30)의 댐핑력이 가변함으로써 다양한 충돌 상황 및 충돌 속도에 따라 범퍼의 완충 성능을 충족시키게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 프런트사이드멤버
12 : 플랜지
20 : 범퍼레일
30 : 쇽업소버
31 : 쇽업소버 플랜지
32 : 외측 실린더
33 : 내측 실린더
34 : 피스톤 로드
35 : 피스톤 헤드
40 : 오리피스 홀
42 : 오리피스 날개
43 : 결합부
44 : 날개 돌기

Claims (4)

1. 차체의 하부 양측에 차체의 전후 방향으로 장착되는 프런트사이드멤버(10);
   상기 프런트사이드멤버(10)의 전방에 차체의 차폭 방향으로 배치되는 범퍼레일(20);
   상기 프런트사이드멤버(10) 각각과 범퍼레일(20) 사이에 결합되며 범퍼레일(20)에서 전달되는 충격을 완화시키기 위한 쇽업소버(30);
   상기 쇽업소버(30)의 내부에 차체의 전후 방향으로 형성되어 있는 피스톤 로드(34);
   상기 피스톤 로드(34)의 일단에 결합되는 피스톤 헤드(35);
   상기 피스톤 헤드(35)를 차체의 전후 방향으로 관통하여 형성되는 다수의 오리피스 홀(40); 및
   상기 오리피스 홀(40)에 인접한 위치에서 피스톤 헤드(35) 상에 결합되어 각각의 오리피스 홀(40)의 크기를 가변 가능한 오리피스 날개(42);를 포함한 차량의 범퍼 완충 구조에 있어서,
   상기 쇽업소버(30)는,
   상기 프런트사이드멤버(10) 내부에 수용되어 결합되는 외측 실린더(32); 및
   상기 범퍼레일(20)의 후방에 연결되고, 상기 외측 실린더(32) 내부에 활주 가능하도록 수용되며, 내부에 유체가 봉입된 내측 실린더(33); 를 더 포함하고,
   상기 외측 실린더(32)의 내부에 고정 결합되며, 상기 내측 실린더(33)를 차체의 전후 방향으로 관통하는 피스톤 로드(34);
   상기 내측 실린더(33)의 내주면에 접하도록 형성되는 피스톤 헤드(35);
   상기 피스톤 헤드(35)의 중심으로부터 외측 방향에 위치하는 오리피스 홀(40); 및
   각각의 상기 오리피스 홀(40) 일부를 개폐 가능하도록 차체의 전후 방향을 따라 왕복운동 하는 오리피스 날개(42); 를 포함하여,
   차량의 충돌 속도에 따라 상기 오리피스 홀(40)의 크기가 가변되어 쇽업소버의 댐핑력이 가변되는 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼 완충구조.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 오리피스 날개는,
   탄성력을 가진 소재로 구성되어 차체의 전후방향으로 가해지는 쇽업소버 내부의 유체 압력이 오리피스 날개의 탄성력을 넘어서는 경우 차체의 전후방향으로 왕복운동 하며,
   오리피스 날개에 가해지는 유체의 압력이 없을 때에도 오리피스 홀이 완전히 폐쇄되지 않도록 차체의 후방으로 만곡되는 면을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼 완충구조.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 오리피스 날개의 피스톤 헤드 방향 면 상에서 차체의 전방으로 돌출되어 형성되는 날개 돌기; 를 더 포함하여,
   상기 쇽업소버가 차량 충돌 후 초기 상태로 복원될 때 날개 돌기에 유체의 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 차량의 범퍼 완충구조.

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